(57)【要約】【課題】被加熱物であるワーク全体を均一な温度に加熱することができる誘導加熱コイル及びこの誘導加熱コイルを用いることで小型化や省電力化を図ることができる誘導加熱装置を提供することである。【解決手段】高周波交流電流が流れるリング状の導体部を有し、この導体部内に被加熱物であるワーク１を挿入することによってこのワーク１を加熱させる誘導加熱コイル３７において、前記導体部は、リング状のコイル導体部３７ａと、このコイル導体部３７ａの内周に設けられ、ワーク１の挿入方向に延びる導電性の筒状部材からなる磁界誘導導体部３７ｂとで構成した。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波交流電流が流れるリング状の導体部を有し、この導体部内にワークを挿入することによってこのワークを加熱させる誘導加熱コイルにおいて、
前記導体部がワークの挿入方向に延びる筒型形状であることを特徴とする誘導加熱コイル。
【請求項２】
前記導体部が円筒形状である請求項１記載の誘導加熱コイル。
【請求項３】
前記導体部は、リング状のコイル導体部と、このコイル導体部の内周に設けられ、ワークの挿入方向に延びる導電性の筒状部材からなる磁界誘導導体部とで構成される請求項１記載の誘導加熱コイル。
【請求項４】
前記コイル導体部は、内部が中空の導電性パイプ部材で形成される請求項３記載の誘導加熱コイル。
【請求項５】
高周波交流電流が流れる導体部を有し、この導体部内にワークを挿入することによってワークを加熱する誘導加熱コイルと、前記ワークを搬送するワーク搬送手段とを備えた誘導加熱装置において、
前記誘導加熱コイルは、リング状のコイル導体部と、このコイル導体部の内周に設けられ、ワークの挿入方向に延びる導電性の筒状部材からなる磁界誘導導体部とで構成され、前記磁界誘導導体部内にワークを前記ワーク搬送手段によって順次挿入することによって、複数のワークの加熱処理を行わせることを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項６】
前記ワークはワーク搬送手段によって回転可能に支持された状態で前記磁界誘導導体部内に挿入され、ワークを静止あるいは回転させながら加熱処理が施される請求項５記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの電機子などのワークに対して、表面に付着した油脂分を蒸発させたり、絶縁塗料を定着させたりするための加熱処理を行う誘導加熱コイル及びそれを用いた誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの電機子は、磁性体金属板を積層したコアに励磁コイルを巻回するためのスロットが円周方向に等間隔に形成されており、このスロット内には巻回される励磁コイルと電気的に絶縁するための絶縁塗装が施される。この絶縁塗装は、特許文献１に開示されているような粉体塗装装置によって行われる。この装置は、塗装膜の密着性を確保するために、成形されたコアに付着した油脂分を加熱により揮発させて除去する加熱脱脂手段と、プラスチック材料からなる粉体塗料を帯電させてコア表面に静電付着させる静電付着手段と、ここで静電付着させた粉体塗料を加熱により溶融させる加熱溶融手段とで構成されている。
【０００３】
前記加熱脱脂手段及び加熱溶融手段においては、ワークの表面を加熱するために、誘導加熱方式による加熱処理部が設けられている。この加熱処理部は、特許文献１の図５に示されるように、高周波発振器と、この高周波発振器に接続される直線状の発振コイルと、この発振コイルに沿って配設される搬送スクリュを備えた構造になっている。被加熱物であるワークは前記搬送スクリュに乗って移動される間に前記発振コイルからの電磁誘導作用を受けて加熱される。
【０００４】
また、前記特許文献１に示した誘導加熱方式の他の実施例として、図７に示すような誘導加熱コイル１７を用いた誘導加熱装置がある。前記誘導加熱コイル１７は、リング状のコイル導体部１７ａに脚部１７ｃ及び接続部１７ｄを介して高周波交流電流を印加して渦巻き状の交番磁界（以下、単に磁界という）を発生させ、この磁界の中に導電性のワーク１を挿入することによって、ワーク１を加熱させている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３８５２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したような誘導加熱方式にあっては、一般的に誘導加熱コイルとワークとを近接させるほど、ワークに及ぼす磁束密度を高く維持することができるので、加熱効率が良好となることが知られている。しかしながら、上記特許文献１に示されている誘導加熱手段にあっては、発振コイルによって生じる磁界内にワークと、このワークを搬送する搬送スクリュも混在する構造となっている。その結果、誘導加熱コイルとワークとは離間してしまうため、加熱効率の向上が図れなかった。また、複数のワークを連続的に加熱処理させようとすると、その分、発振コイルを長く形成しなければならないため、加熱効率の低下が起きやすくなり、高出力の高周波発振器が必要となる。
【０００７】
一方、図７に示したような、コイル導体部１７ａが１ターン構成の誘導加熱コイル１７にあっては、前記コイル導体部１７ａ内にワーク１を挿入した際に、このワーク１の外周面をすべてカバーすることができないため、磁界の強さが不均一となり、ワーク１の表面温度にばらつきが生じてしまう。このようなワーク１の長さ寸法に対応させるために、コイル導体部１７ａが２ターン以上の構成による誘導加熱コイルが必要とされる。しかしながら、前記コイル導体部１７ａのターン数を多くすると、コイル導体部の全長が長くなり、それに伴って誘導加熱コイルの電気抵抗値が上昇してしまう。その結果、高周波交流電源の高出力化が必要となると共に、誘導加熱装置全体が大型化するといった問題がある。
【０００８】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、被加熱物であるワーク全体を均一な温度に加熱することができる誘導加熱コイル及びこの誘導加熱コイルを用いることで小型化や省電力化を図ることができる誘導加熱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る誘導加熱コイルは、高周波交流電流が流れるリング状の導体部を有し、この導体部内にワークを挿入することによってこのワークを加熱させる誘導加熱コイルにおいて、前記導体部がワークの挿入方向に延びる筒型形状であることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、高周波交流電流によって磁界を発生させるための導体部がワーク全体をカバーすることができる筒型形状であるため、前記ワーク全体に均一に磁界が付与されることになる。その結果、ワークをムラなく均一に加熱させることができる。また、前記導体部を筒型形状とすることで、この導体部の内周面とワークの外周面とが近接した状態になり、ワークから発せられる放射熱の反射効果によって、加熱ロスが少なくなる利点がある。
【００１１】
また、前記導体部を円筒形状にした場合は、モータの電機子のような回転体の外周面を均一に加熱させることが可能である。
【００１２】
また、前記導体部は、リング状のコイル導体部と、このコイル導体部の内周に設けられ、ワークの挿入方向に延びる導電性の筒状部材で形成された磁界誘導導体部とを組み合わせて形成されているので、前記コイル導体部に発生した小さな渦巻き状の交番磁界を磁界誘導導体部によってワークの挿入方向に拡張させて発生させることができる。
【００１３】
また、前記コイル導体部を内部が中空の導電性パイプ部材で形成することによって、その内部に冷却水を循環させることができる。これによって、高周波交流電流を印加することによるコイル導体部及び磁界誘導導体部自体の発熱による熱損失を抑えることができる。
【００１４】
本発明に係る誘導加熱装置は、高周波交流電流が流れる導体部を有し、この導体部内にワークを挿入することによってワークを加熱する誘導加熱コイルと、前記ワークを搬送するワーク搬送手段とを備えた誘導加熱装置において、前記誘導加熱コイルは、リング状のコイル導体部と、このコイル導体部の内周に設けられ、ワークの挿入方向に延びる導電性の筒状部材からなる磁界誘導導体部とで構成され、前記磁界誘導導体部内にワークを前記ワーク搬送手段によって順次挿入することによって、複数のワークの加熱処理を行わせることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記ワーク搬送手段によって、ワークを誘導加熱コイル内に近接した状態で挿入することができるので、効率よく加熱処理することができる。また、ワークごとに適した加熱温度や加熱時間の設定を行うことができる。
【００１６】
また、モータの電機子のような回転体のワークに対しては、前記ワーク搬送手段によって回転させながら加熱処理を行うことができる。このため、ワーク全体を均一且つ短時間に加熱させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明に係る誘導加熱コイル及び誘導加熱装置の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態の誘導加熱コイル及び誘導加熱装置は、図１に示すようなモータの電機子（ワーク１）に対して部分的な絶縁塗装を施す際に、前記ワーク１の成形過程で付着する油脂分を気化させて除去したり、絶縁膜となる粉体塗料を溶融させる目的で加熱処理を行うものである。ここで、前記ワーク１は、図１に示したように、回転軸３と、この回転軸３の回りに複数のスロット部２ａを有するコア２とで構成されている。前記コア２は、薄い珪素銅板を回転軸３が貫通する部分と、コイルを巻回する溝部２ｂに打ち抜いた薄板片を多数積層して形成される。また、前記溝部２ｂは励振用のコイルが巻回されるため、表面に絶縁膜が形成される。ただし、前記コア２の外周面は、周囲に形成される磁気回路とのエアギャップを極力小さくして回転性能を高めるため、絶縁膜は形成されない。
【００１９】
図２は、前記ワーク１が挿入される誘導加熱コイル３７の構成を示したものである。この誘導加熱コイル３７は、内部が中空の導電性のパイプ部材で一体に形成されるリング状のコイル導体部３７ａ及びこのコイル導体部３７ａの端部から平行に延びる一対の脚部３７ｃと、前記コイル導体部３７ａの内周に設けられて、ワーク１の挿入方向に延びる導電性の磁界誘導導体部３７ｂとで構成され、前記脚部３７ｃの先端が図３に示す高周波電源ユニット２８との接点である接続部３７ｄに繋がっている。そして、前記高周波電源ユニット２８から脚部３７ｃを経由してコイル導体部３７ａに高周波交流電流が印加されると、前記コイル導体部３７ａの周りに渦巻き状の磁界が発生する。
【００２０】
次に、本発明の誘導加熱コイル３７による加熱作用を図７に示した従来の誘導加熱コイル１７との比較において説明する。
【００２１】
最初に、図４は前記図７に示した従来の誘導加熱コイル１７内にワーク１を挿入したときの磁界の発生状態を模式的に表したものである。図４に示されるように、コイル導体部１７ａの外周上を渦巻き状の幅の狭い磁界Ｇ１が生じる。この磁界Ｇ１はコイル導体部１７ａに近いほど磁束密度が高く、離れるにしたがって順次低下していく。このようなコイル導体部１７ａ内にワーク１を挿入した場合、コイル導体部１７ａに近い部分は素早く且つ高温で加熱するのに対して、コイル導体部１７ａから遠いところは加熱するのに時間がかかると共に、温度も高くならない。このため、ワーク１全体の表面温度にばらつきが生じ、油脂分の気化が十分に行われずに残存したり、表面に付着させた粉体塗料の溶融が不完全となって定着ムラ等が発生しやすくなる。
【００２２】
一方、本発明の誘導加熱コイル３７においては、図５に示すように、高周波電源ユニット２８から供給される高周波交流電流は、脚部３７ｃを介して直接コイル導体部３７ａに流れると同時にこのコイル導体部３７ａと導通している磁界誘導導体部３７ｂにも同じように流れる。したがって、磁界Ｇ２は、磁界誘導導体部３７ｂの外周部に沿って大きな渦巻き状に発生することになる。このため、前記磁界誘導導体部３７ｂによって覆われているワーク１全体に磁界Ｇ２が誘導されて均一且つ短時間に加熱させることができる。
【００２３】
なお、ワーク１全体の加熱をより均一に行うには、前記磁界誘導導体部３７ｂから発せられる磁界を漏れなく効率よくワーク１全体に与える必要がある。このために、前記磁界誘導導体部３７ｂをワーク１の形状やサイズに合わせて形成し、磁界誘導導体部３７ｂとワーク１とのギャップを放電しない範囲で最小限に抑えるように形成するのが好ましい。
【００２４】
次に、前記誘導加熱コイル３７を組み込んだ誘導加熱装置３８を図６に基づいて説明する。この誘導加熱装置３８は、ワークに対して静電粉体塗装を行うための一工程に使用されるものであり、前記ワーク１を挿入する側が開口された箱型の加熱チャンバ３５内に誘導加熱コイル３７が設置され、前記開口側の反対方向に排気ファン３６を備えた構造となっている。また、前記排気ファン３６の排気側には図示しないエアダクトが備えられており、ドラフトチャンバに似た構成になっている。
【００２５】
前記ワーク１は搬送冶具６に回転軸３を介して回転支持され、図３に示したように、前記誘導加熱コイル３７の磁界誘導導体部３７ｂ内に収まるように図示しないワーク搬送手段によって搬入される。そして、前記ワーク１を回転させながらあるいは停止した状態で、高周波電源ユニット２８から高周波交流電流を前記誘導加熱コイル３７に供給して、コイル導体部３７ａ及び磁界誘導導体部３７ｂに磁界を生じさせる。この磁界と導電性のワーク１の表面が高温で熱せられることで、表面に付着している余分な油脂分を気化させて蒸発させることができる。前記誘導加熱コイル３７とワーク１は、ワーク１が磁界誘導導体部３７ｂに完全に収容されたときが最も加熱効率が良好となる。そのため、径や幅の異なるコイル導体部３７ａを備えた誘導加熱コイル３７を数種類用意しておき、ワーク１に合わせて適宜選択して使用するのが好ましい。前記ワーク１は、約２８０℃以上の温度で約２０秒間加熱することによって、ワーク１の表面に付着している油脂分が溶け出し、しばらくすると気化する。そして、この気化したガスは、後面に配設されている排気ファン３６によって吸引され、エアダクト内に回収される。また、この誘導加熱装置３８は粉体塗料が塗布されたワーク１を溶融させて絶縁膜を形成する工程においても同様な方法で使用することができる。このように、強制的に排気を行う構造となっているために、有害な成分を含む気体が加熱チャンバ３５から外部に拡散するのを防止することができる。なお、高周波電圧を加えることによって、誘導加熱コイル３７自体の発熱量が大きくなるため、この誘導加熱コイル３７の内部を中空にし、この中に冷却水を循環させて余分な発熱量を抑えることができる。
【００２６】
以上説明したように、本発明の誘導加熱コイルによれば、磁界を発生させる導体部がワークの挿入方向に延びる筒型形状となっている。このため、ワーク全体を前記導体部でカバーするような構成にすることができるので、挿入したワークの全体をムラなく均一に加熱処理することができる。また、前記導体部にワークを近接させた状態となるので、加熱時間が短時間で済む。さらに、前記導体部の内周面とワークの外周面との間でワークからの放射熱の反射作用が加わるため、熱損失のない効率的な加熱効果が得られる。
【００２７】
上記誘導加熱コイルを用いた誘導加熱装置によれば、ワーク搬送手段によって、ワークを誘導加熱コイル内に近接した状態で挿入することができるので、効率よく加熱処理することができる。また、ワークごとに適した加熱温度や加熱時間の設定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導加熱コイルにおいて加熱処理されるワークの斜視図である。
【図２】本発明の誘導加熱コイルの斜視図である。
【図３】上記誘導加熱コイルを含む誘導加熱装置の概略図である。
【図４】従来の誘導加熱コイルにおける電磁誘導作用を示す作用図である。
【図５】本発明の誘導加熱コイルにおける電磁誘導作用を示す作用図である
【図６】誘導加熱装置の斜視図である。
【図７】従来の誘導加熱コイルの斜視図である。
【符号の説明】
１  ワーク
２８  高周波電源ユニット
３５  加熱チャンバ
３６  排気ファン
３７  誘導加熱コイル
３７ａ  コイル導体部
３７ｂ  磁界誘導導体部
３８  誘導加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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